(57)【要約】      （修正有）【課題】衝撃吸収能力の高い鈴形中空金属球とその製造方法と衝撃吸収用構造材を提供する。【解決手段】鈴形中空金属球１は、金属薄板を湾曲させて球状の隔壁に形成して得た球体であって、隔壁に開孔部１ｂが形成されている。金属薄板を楕円形に切り抜いて、長軸寸法と短軸寸法が異なるようにしたブランクを用い、このブランクを深絞りして、短軸方向の両縁部を曲げると共に長軸方向の両端部を立ち上らせる深絞り工程Ｉと、深絞り工程Ｉで得られたブランクの長軸方向の両端部を互いに接近させる口閉め工程IIと、口閉め工程IIで得られたブランクの全周の縁部を互いに接近させつつ球形に仕上げる仕上げ工程IIIとを順に実行する。中空構造材に多数の鈴形中空金属球１を充填した構造体は、外力を加えると鈴形中空金属球１が時間をかけてつぶれていくので、良好な圧縮エネルギー吸収特性を発揮する。このため、衝撃吸収用構造材を軽量にできる。【選択図】図１
2010000530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄板を湾曲させて球状の隔壁に形成して得た球体であって、
前記隔壁には開孔部が形成されている
ことを特徴とする鈴形中空金属球。
【請求項２】
前記開孔部が、２ヵ所の小孔とそれらをつなぐスリットからなる
ことを特徴とする請求項１記載の鈴形中空金属球。
【請求項３】
前記開孔部が、２ヵ所の小孔からなる
ことを特徴とする請求項１記載の鈴形中空金属球。
【請求項４】
金属薄板を楕円形に切り抜いて、長軸寸法と短軸寸法が異なるようにしたブランクを用い、
前記ブランクを深絞りして、短軸方向の両縁部を曲げると共に長軸方向の両端部を立ち上らせる深絞り工程と、
前記深絞り工程で得られたブランクの長軸方向の両端部を互いに接近させる口閉め工程と、
前記口閉め工程で得られたブランクの全周の縁部を互いに接近させつつ球形に仕上げる仕上げ工程とを順に実行する
ことを特徴とする鈴形中空金属球の製造方法。
【請求項５】
金属薄板製の筒状体を用い、
円筒形の保持部と半球形キャビティを形成した金型内に前記筒状体を挿入し、該筒状体の内部に圧力をかけて前記キャビティ内で前記筒状体を半径方向外側に膨張させ、球状部と筒状部からなる中空筒体を得るバルジ加工工程と、
前記バルジ加工工程で得られた中空筒体から前記筒状部を切断して除去する切断工程とを順に実行する
ことを特徴とする鈴形中空金属球の製造方法。
【請求項６】
中空構造体に請求項１の鈴形中空金属球を充填した
ことを特徴とする衝撃吸収用構造材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鈴形中空金属球、その製造方法および衝撃吸収用構造材に関する。
地球温暖化対策として、自動車の更なる燃費向上を目的に自動車の軽量化が図られている。その一方で、自動車安全基準を満たすために、高剛性化も求められているが、高剛性化には重量増加が伴うのが普通である。この相反する要求を満たすため、軽量かつ高エネルギー吸収特性をもつ超軽量の中空金属球を、ピラーやクラッシュボックスの中に充填してエネルギー吸収材として使用することが検討されている。本発明は、このような用途に適した鈴形中空金属球、その製造方法および衝撃吸収用構造材に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、中空金属球の高い衝撃エネルギー吸収能力を活かして、多数の中空金属球を連続的に結合した衝撃吸収用構造材を既に提供している（ＷＯ２００５−０８４８５４）。この衝撃吸収用構造材は、自動車の剛性を維持しながら軽量化を果すのに非常に有効であるが、この衝撃吸収用構造材を得るには、中空金属球自体を得なければならない。
【０００３】
上記した中空金属球の製造法としては、特許文献１および特許文献２の従来技術がある。
特許文献１の従来技術は、ニッケル、鉄、アルミニウムもしくは銅のごとき金属またはそれらの合金から成り、外部と遮断された中空部を有し、継目ないし開孔部を有しない球状またはそれに類似の形状の薄肉中空体であって、溶融状態にある金属または合金を粒状化する工程と、上記粒状化された金属または合金を、それらの溶融点より低い温度で気化し得る液体、化学反応により気体を発生し得る液体ないし固体に対して接触させる工程とからなり、上記接触の際に発生した気体を上記粒状化した金属または合金の溶融体内部にまきこみ外部と遮断された中空部を有する極く肉薄の中空金属球を形成させる方法である。
【０００４】
特許文献２の従来技術は、金属溶湯流を流体中もしくは一部が液体中に置かれた回転体に衝突させ、分散させて、液体中にて金属溶融体を形成させることにより、金属溶融体と液体とを接触させ、その際に発生した気体を金属溶融体中にまきこませて中空部を形成させる方法である。
【０００５】
しかるに、上記特許文献１，２の従来例では、材料費が高価で工程数が多いため製造コストが高く、また、成形時における中空金属球の寸法精度が低い等の問題がある。
【０００６】
ところで、上記従来技術はいずれも継目や開孔部の全くない、表面が完全に密閉された中空金属球を得ようとするものであった。
ところが、本発明者の研究によれば、中空金属球は必ずしも完全密閉される必要のないことが見出された。たとえば、中空金属球に小さな開孔部があったとしても、このような開孔部付き中空金属球（以下、本明細書では、このような形状の中空金属球を鈴形中空金属球という）を多数用いた場合は、完全密閉型の中空金属球を用いた場合と同等、あるいはそれ以上の衝撃吸収能力を有することが分ったのである。その理由は、開孔部があると中空金属球に圧縮抵抗力の方向依存性が発現するものの、多数の中空金属球を密閉空間へ充填した場合は、開孔部の向きや位置はランダムになって、全体としては圧縮抵抗力に方向依存性は無くなると共に、開孔部があるため緻密化までの変形が大きいからである。
【０００７】
【特許文献１】特公昭５２−１５０５７号
【特許文献２】特公昭５３−２４２０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、衝撃吸収能力が高く、また衝撃吸収用構造材を軽量に構成することができる鈴形中空金属球を提供することを目的とする。また、本発明は鈴形中空金属球を容易に、また安価に製造できる製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は衝撃吸収能力が高く軽量な衝撃吸収用構造材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明の鈴形中空金属球は、金属薄板を湾曲させて球状の隔壁に形成して得た球体であって、前記隔壁には開孔部が形成されていることを特徴とする。
第２発明の鈴形中空金属球は、第１発明において、前記開孔部が、２ヵ所の小孔とそれらをつなぐスリットからなることを特徴とする。
第３発明の鈴形中空金属球は、第１発明において、前記開孔部が、２ヵ所の小孔からなることを特徴とする。
第４発明の鈴形中空金属球の製造方法は、金属薄板を楕円形に切り抜いて、長軸寸法と短軸寸法が異なるようにしたブランクを用い、前記ブランクを深絞りして、短軸方向の両縁部を曲げると共に長軸方向の両端部を立ち上らせる深絞り工程と、前記深絞り工程で得られたブランクの長軸方向の両端部を互いに接近させる口閉め工程と、前記口閉め工程で得られたブランクの全周の縁部を互いに接近させつつ球形に仕上げる仕上げ工程とを順に実行することを特徴とする。
第５発明の鈴形中空金属球の製造方法は、金属薄板製の筒状体を用い、円筒形の保持部と半球形キャビティを形成した金型内に前記筒状体を挿入し、該筒状体の内部に圧力をかけて前記キャビティ内で前記筒状体を半径方向外側に膨張させ、球状部と筒状部からなる中空筒体を得るバルジ加工工程と、前記バルジ加工工程で得られた中空筒体から前記筒状部を切断して除去する切断工程とを順に実行することを特徴とする。
第６発明の衝撃吸収用構造材は、中空構造体に請求項１の鈴形中空金属球を充填したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明の鈴形中空金属球は、開孔部はあるものの基本的形状は球体であって中空であることから軽量になっている。また、形状が球体であることから耐圧縮性が高く、かつ加圧によって徐々に潰れていくので衝撃吸収能力が非常に高い。そして、鈴形中空金属球は隔壁に開孔部があるので、加圧による潰れやすさの方向依存性があるが、密閉空間に多数の鈴形中空金属球を充填した場合は開孔部の方向がランダムになるので、全体としては潰れやすさの方向依存性は発現せず、どの方向に対しても同等の衝撃吸収能力を発揮できる。
第２発明の鈴形中空金属球は、２ヵ所の小孔とスリットからなる開孔部を有するが、このような開孔部も密閉空間に多数充填すれば潰れやすさの方向依存性は発現しないので、第１発明と同様の効果を発揮する。
第３発明の鈴形中空金属球は、２ヵ所の孔からなる開孔部を有するが、このような開孔部も密閉空間に多数充填すれば潰れやすさの方向依存性は発現しないので、第１発明と同様の効果を発揮する。
第４発明によれば、楕円形のブランクを用いることで、これを湾曲させていくと、全周の端縁が互いに接近してきて、ほぼ真球状の球体を形成できる。そして、深絞り工程では楕円形ブランクの長軸方向の両端部を立ち上げたチューリップ状成形体になるので、次工程の口閉めを経ることにより球体への成形が可能となる。口閉め工程では、深絞り工程で得られたチューリップ状成形体を上端部をすぼめることによって壺形成形体に成形でき、球体への成形を容易にする。成形工程では、壺形成形体は加圧しても内向きのつぶれが発生しにくいので球形に仕上げることが可能である。よって、ブランクの長軸方向の両端部が最接近した部分に小さな開孔部が発生しても球状に成形することができる。そして、この製法はプレスのみを用い、他の加工機械を用いなくてよいので、容易に、かつ安価に製造できる。
第５発明によれば、金属製の筒状部材の一部をバルジ加工工程で膨張させると球状部分を形成でき、その後筒状の部分を切断すると、２ヵ所の小孔を形成できるので、鈴形の中空金属球を製造することができる。そして、この製法は、バルジ加工と切断加工の２工程を要するのみであるから、製造が容易であり、かつ安価である。
第６発明によれば、衝撃吸収用構造材の内部には、多数の鈴形中空金属球が充満されているから、外部からの衝撃荷重が加わったとき、内部の鈴形中空金属球が少しづつ順々につぶれていくので衝撃吸収用構造材も時間をかけて変形していき、一気につぶれない。このように良好なエネルギー吸収特性を発揮するので、衝撃吸収用構造材の肉厚を薄くすることができ、軽量であり衝撃吸収能力の高い衝撃吸収用構造材を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明の鈴形中空金属球の実施形態を説明する。図１の（Ａ）図は本発明に係る鈴形中空金属球１の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面。図２の（Ａ）図は本発明に係る鈴形中空金属球２の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面。図３の（Ａ）図は本発明に係る鈴形中空金属球３の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面である。
【００１２】
図１の（Ａ）、（Ｂ）に示す鈴形中空金属球１は、球状の隔壁１ａに開孔部１ｂが形成されたものである。この開孔部１ｂは、２ヶ所の小孔ｈを細いスリットｓでつないだ形状のものである。小孔ｈはほぼ円形である。後述するごとく、初期のブランク形状を適正にすることにより、小孔ｈを円形に近づけることは可能である。
図２の（Ａ）、（Ｂ）に示す鈴形中空金属球２は、球状の隔壁２ａ に開孔部２ｂが形成されたものである。この開孔部２ｂは、２ヵ所の小孔ｈを細いスリットｓでつないだ形状であるが、小孔ｈは円形ではなく細い菱形孔である。
図３の（Ａ）、（Ｂ）に示す鈴形中空金属球３は、球状の隔壁３ａに開孔部３ｂが形成されたものである。この開孔部３ｂは２ヵ所の小孔ｈからなり、２ヵ所の小孔は中心対称の位置にあいた円形のものである。
上記３つの鈴形中空金属球１〜３を図示したが、本発明にいう開孔部は上記例示以外の形状も含まれ、たとえば、水滴形の開孔や線状の開孔なども例示できる。
【００１３】
つぎに、本発明の鈴形中空金属球の利用方法を説明する。
図４は、本実施形態の鈴形中空金属球を、中空な衝撃吸収用構造材５の内部に充填したものである。本図では、鈴形中空金属球１を充填したが、この代わりに鈴形中空金属球２や鈴形中空金属球３用いてもよい。各鈴形中空金属球１の開孔部１ｂはランダムな方向に向いている。これら鈴形中空金属球１は、互いに接着材料や拡散接合により接合されていてもよく、接合しないでバラバラで用いてもよい。
【００１４】
衝撃吸収用構造材５は、例えば、円管や、断面が帽子のような形状をしたハット材、角管等、自動車のフレームやバンパー、建築物の梁、柱等に使用される中空な構造用材料であるが、内部に中空な空間を有するものであればよく、特に限定はない。
【００１５】
上記のように、衝撃吸収用構造材５の内部は、多数の鈴形中空金属球１が充満されているから、外部からの衝撃荷重が加わったとき、内部の鈴形中空金属球１が衝撃吸収負荷を受けるので、衝撃吸収用構造材５の変形はある荷重が加わるまで発生し難い。そして、衝撃荷重が大きくなると、内部の鈴形中空金属球１が少しづつ順々につぶれていくので衝撃吸収用構造材５も時間をかけて変形していき、一気につぶれることはない。このように衝撃吸収用構造材５は良好なエネルギー吸収特性を発揮するので、衝撃吸収能力を高くすることができる。したがって、衝撃吸収用構造材５の肉厚を薄くすることができ、自動車等の軽量化と衝撃吸収能力を共に向上させることができる。
【００１６】
つぎに、本発明の鈴形中空金属球１、２、３の製造方法を説明する。
図１および図２に示す鈴形中空金属球１、２はプレス加工法で製造できる。
図３に示す鈴形中空金属球３は、後述するバルジ加工法によって製造できる。
【００１７】
本発明で用いるプレス加工法は、つぎの３例あるが、この製造法で用いるブランクｂを図５に基づき説明する。
加工前のブランクｂは、概ね楕円形の金属板である。この楕円形のブランク形状は、球の展開図から有効と考えられたものである。
ブランクｂとしての金属の材質は、加工に耐える延性や衝撃加圧時の変形特性から選択すればよく、たとえば、鋼板、ステンレス板、アルミニウム板などが好ましく用いられる。ブランクｂの厚さも上記と同様の観点から選択され、材料や与えるべき変形特性によって変るが、たとえば0.05〜0.3ｍｍのものが好ましい。
【００１８】
ブランクｂの楕円形状は、基本的には長軸寸法ｈと短軸寸法ｗで決まるが、これも加工方法や用いるダイやパンチとの相性によりしわ等の発生しない寸法に選択すればよい。さらに、湾曲部の曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３も加工方法や加工設備との相性により、しわ等が発生しないように選択すればよい。また、開孔部の小孔ｈの形状は、曲率半径Ｒ２を選択することによりコントロールできる。たとえば、曲率半径Ｒ２を大きくして形状を直線に近づければ、小孔ｈは円形に近づく。反対に曲率半径Ｒ２を小さくして膨らませると、小孔ｈは小さな異形孔となる。
【００１９】
つぎに、プレス加工法を説明する。
本発明の製法は、基本的には深絞り工程と口閉め工程と仕上げ工程とからなる。以下に三つの製法を説明するが、上記工程を含む限り以下の三つの製法に限定されるものではない。
【００２０】
第１の製法
図６は本発明の第１の製法を示し、直径５ｍｍの鈴形中空金属球をつくる製造工程を示している。工程は３段階に分けられ、深絞り工程Ｉ、口閉め工程II、仕上げ工程IIIとからなる。
【００２１】
前記深絞り工程Ｉは、ダイ１１とパンチ１２としわ押え１３からなる深絞り装置１０を用いている。ダイ１１は内径５ｍｍの孔１５を有し、孔１５の上端部はアール１５ｒが付けられている。パンチ１２は直径4.8ｍｍで先端は半球状になっている。しわ押え１３は内径６ｍｍの孔１６があいたフランジ状部材である。ダイ１１は固定され、パンチ１２としわ押え１３は油圧等で駆動される。ダイ１１の孔の上にブランクｂ中央部をのせ、しわ押え１３でブランクｂをダイ１１上に固定する。ついでパンチ１２で、ブランクｂがしわ押え１３から抜けるまで加圧する。
【００２２】
前記口閉め工程IIは、ダイ２１とパンチ２４からなる口閉め装置２０を用いる。ダイ２１は上面に略半球状の凹所２２が形成されている。パンチ２４はピン２５とピンの外側に突出した口閉めガイド２６を備えている。口閉めガイド２６は傘状の部材である。
前記深絞り工程Ｉでは、平板のブランクｂが短軸方向の両縁部を曲げると共に、長軸方向の両端部を立ち上げたチューリップ状のチューリップ状成形体ｂ１に形成されている。このチューリップ状成形体ｂ１を口閉め装置２０のダイ２１上に置き、パンチ２４のピン２５を成形体ｂ１の両端部の間に挿入し、さらに加圧していく。この加圧によって、口閉めガイド２６が成形体ｂ１の両端部を互いに接近させ、さらなる加工により、成形体ｂの全縁が互いに接近して壺形状の壺形成形体ｂ２に形成する。この口閉め工程で材料の座屈を避けるために、口閉め工程IIを２段階に分けて行うなどの工夫も、場合によって必要とされる。
【００２３】
仕上げ工程IIIは、下ダイ３１と上ダイ３４からなる仕上げ装置３０を用いる。下ダイ３１は上面に半球状の凹所３２を形成している。上ダイ３４は下面に半球状の凹所３５を形成している。凹所３２と凹所３５は上下ダイ３１，３４が密着した状態で真球状となるように形成されている。
前記口閉め工程IIで形成された壺形成形体ｂ２は下ダイ３１の上に置かれ、上ダイ３４を加圧していくと、壺形成形体ｂ２は球形に成形される。このとき、壺形成形体ｂ２の形状により、上下金型間への噛み込みやしわなどが発生しやすくなるが、初期のブランク形状を適正にすることにより、これらの欠点を防止することができる。
【００２４】
この仕上げ工程IIIで材料の肉量を精密に管理しておくことにより、寸法や形状が高精度に仕上がった真球に近い鈴形中空金属球が得られる。ただし、壺形成形体ｂ２の両端部は完全には接合しないので、開孔部１ｂが残ることになる。この開孔部１ｂの形状は、図１あるいは図２に示すように、細長いスリットｓの両端に円形あるいは小さな孔ｈが付いたものである。
【００２５】
第２の製法
図７は本発明の第２の製法を示し、直径５ｍｍ鈴形中空金属球をつくる製造工程を示している。工程は３段階に分けられ、深絞り工程Ｉ、口閉め工程II、仕上げ工程IIIとからなる。
【００２６】
深絞り工程Ｉは、ダイ４２とパンチ４３としわ押え４４からなる深絞り装置４０を用いている。
ダイ４２は内径５ｍｍの孔４５を有し、孔４５の上端部はアール４５ｒが付けられている。パンチ４３は直径4.8ｍｍで先端は半球状になっている。しわ押え４４は内径5.2ｍｍの孔４６があいたフランジ状部材である。ダイ４２は固定され、パンチ４３としわ押え４４は油圧等で駆動される。
ダイ４２の孔４５の上にブランクｂ中央部をのせ、しわ押え４４でブランクｂをダイ４２上に固定する。ついでパンチ４３で、ブランクｂがしわ押え４４から抜けるまで加圧する。
【００２７】
口閉め工程IIは、ダイ５１とパンチ５４からなる口閉め装置５０を用いる。ダイ５１は上面に略半球状の凹所５２が形成されている。パンチ５４はピン５５とピンの外側に突出した口閉めガイド５６を備えている。口閉めガイド５６は傘状の部材である。
前記深絞り工程Ｉでは、平板のブランクｂが短軸方向の両縁部を曲げると共に、長軸方向の両端部を立ち上げたチューリップ状のチューリップ状成形体ｂ１に形成されている。このチューリップ状成形体ｂ１を口閉め装置のダイ５１上に置き、パンチ５４のピンを成形体ｂ１の両端部の間に挿入し、さらに加圧していく。この加圧によって、口閉めガイド５６が成形体ｂ１の両端部を互いに接近させる。この加工により、成形体ｂ1の全縁が互いに接近して壺形状の壺形成形体ｂ２に形成する。
この口閉め工程では材料の座屈を避けるために、口閉め工程IIを２段階に分けて行うなどの工夫も必要とされる。
【００２８】
仕上げ工程IIIは、下ダイ６１と上ダイ６４からなる仕上げ装置６０を用いる。下ダイ６１は上面に半球状の凹所６２を形成している。上ダイ６４は下面に半球状の凹所６５を形成している。凹所６２と凹所６５は上下ダイ６１，６４が密着した状態で真球状となるように形成されている。
前記口閉め工程IIで形成された壺形成形体ｂ２は下ダイ６１の上に置かれ、上ダイ６４を加圧していくと、壺形成形体ｂ２は球形に成形される。壺形成形体ｂ２から球形への成形は座屈は生じないので、工程は一度でよい。
この第２の製法によっても、寸法や形状が高精度に仕上がった真球に近い球体であって、隔壁に開孔部が残る鈴形中空金属球が得られる。
【００２９】
第３の製法
図８は本発明の第３の製法を示している。工程は３段階に分けられ、深絞り工程Ｉ、口閉め工程II、仕上げ工程IIIとなるが、深絞り工程Ｉは、前記第１の製法または第２の製法を用いてよい。そして、本製法では口閉め工程と仕上げ工程は、口閉め仕上装置７０により同時に行われる。
【００３０】
口閉め仕上装置７０は次のように構成されている。
下ダイ７１は上面に半球状の凹所７２を形成している。上ダイ７４は下面に半球状の凹所７５を形成している。ブランクホルダ７６はチューリップ状成形体ｂ１を保持する孔７７を有しており、スプリング７８で支えられている。前記孔７７は垂直な壁面を有することによって、加圧時における成形体ｂ1の噛み込みや座屈を防止することができる。
【００３１】
前記上ダイ７４を下向きに押し下げていくと、ブランクホルダ７６を押し下げていき、チューリップ状成形体ｂ１は上ダイ７４と下ダイ７１とで挟まれる。そして、凹所７２と凹所７５は上下ダイ７１，７４が密着した状態で真球状となるように形成されている。このため、チューリップ状成形体ｂ１は球形に成形される。チューリップ状成形体ｂ１から球形への成形は座屈を生じないように、工程を２回に分けて行う等の工夫が必要なこともある。
この第３の製法によっても、寸法や形状が高精度に仕上がった真球に近い球体であって、隔壁に開孔部が残る鈴形中空金属球が得られる。
【００３２】
つぎに、図３に示す鈴形中空金属球３の製法であるバルジ加工法を図９に基づき説明する。
同図（Ａ）において、８０はバルジ加工法の金型であって、二つ割りの上型８１と下型８２とからなる。各型８１、８２には半球形のキャビティ８３と円筒状の保持部８４が形成されている。この金型内へ金属製の筒状部材Ｐを挿入する。そして、ゴム材８５を筒状部材Ｐ内に入れ、その両端からパンチ８６、８７で軸方向に加圧する。こうすると、キャビティ８３に面した部分が半径方向外側に膨張し、球形部分ができあがる。
つぎに、同図（Ｃ）に示すように、金型から取り出した中空部材は球状部３’と筒状部４’が交互につながっているので筒状部４を切断すると、孔ｈが二つあいた球体が作られる。
【００３３】
また、同図（Ｂ）に示すように、同じ金型８０を用い、金属製の筒状部材ｐの内部に高圧の液体Ｌｇや気体を流入させて加圧し、キャビティに面した部分を球状に膨張させてもよい。この方法で得られた中空部材を同図（Ｃ）に示すように切断しても、二つの小孔ｈがあいた鈴形中空金属球３が得られる。
【００３４】
つぎに、本発明の鈴形中空金属球につき、圧縮試験によって機械特性を調査した。
図１０および図１１に示す実験では、実施例１〜３と比較例１を用意した。
(実施例１)   
実施例１は、図１の鈴形中空金属球１であって、成形体密度が0.657ｇ／ｃｍ３である。用いたブランクｂは厚さ0.1ｍｍ、長軸ｈが13.5ｍｍ、短軸ｗが7.5ｍｍの鋼製薄板であり、後記する実施例２の楕円ブランクを基本に、曲率半径Ｒ２を大きくして形状を直線に近づけ、同時に長軸を伸ばした形状とした。図１０の中央に写真を示す。
(実施例２)   
実施例２は、図２の鈴形中空金属球２であって、成形体密度が0.716ｇ／ｃｍ３である。用いたブランクｂは厚さ0.1ｍｍ、長軸ｈが12.5ｍｍ、短軸ｗが7.5ｍｍの鋼製薄板であり、楕円形状である。図１０の左側に写真を示す。
(実施例３)   
実施例３は、図１０の右側に示す中空金属球であって、成形体密度が0.71ｇ／ｃｍ３である。用いたブランクｂは厚さ0.1ｍｍ、長軸ｈが１３ｍｍ、短軸ｗが7.5ｍｍの鋼製薄板であり、開孔部の小さな球を実現するため曲率半径Ｒ２の小さな形状とした。
（比較例１）
比較例１の球は、金属粉末から焼結法により作成された球であって、開孔部が形成されておらず、球形に密閉された中空金属球である。中空球の比重は0.51ｇ／ｃｍ３である。
【００３５】
実験（１）
実施例１〜３および比較例１の夫々の中空金属球を円筒状の缶に多数充填し、同一条件で圧縮強度の測定をした。結果を図１１に示す。
【００３６】
図１１に示すように、実施例１〜３および比較例１は、いずれも、初期に荷重増加を示した後、ほぼ一定の応力で圧縮変形が進んでいることから、圧縮エネルギーの吸収特性が良いことが判る。また、この一定応力での圧縮率の範囲は比較例１に比べ、実施例１〜３の方が長く、さらに良い特性を示している。とくに、円形の小孔ｈをもつ実施例１は一定応力部分が一番長く、応力の急激な立ちよりが遅くなっており、良好なエネルギー吸収特性を示していることが分る。
【００３７】
この実験（１）では密閉した缶に多数の中空金属球を充填したが、このような構造物としての多数の中空金属球を圧縮した場合は、開孔部のない比較例１は実施例１〜３よりも低い圧縮率で荷重が高くなっていることが分る。換言すれば、開孔部のある実施例１〜３は荷重が漸増しながらつぶれていく余地が大きい。このことは、球体の内部がつぶれていく間の荷重‐圧縮比は同じであっても、開孔部がつぶれていく余地が存する実施例１〜３の方が完全につぶれていくまでの間が長いので衝撃吸収能力が高いことを意味している。以上のことから本発明の鈴形中空金属球は、開孔部の無い中空金属球よりも衝撃吸収能力が高いと云えるのである。
【００３８】
実験（２）
つぎに方向依存性の有無を確認する実験を行った。
実施例２の鈴形中空金属球２に対して図１２の（Ａ）に示すように３方向で圧縮試験を行った。ｈ方向はスリットｓを上下から圧縮する方向。ｗ１方向はスリットｓへ長手方向に直交する方向で横から圧縮する方向、ｗ２はスリットｓの長手方向に沿って圧縮する方向である。
【００３９】
上記圧縮試験の結果を図１２（Ｂ）の荷重―圧縮比曲線に示す。
ｈ方向、ｗ１方向およびｗ２方向のいずれも、圧縮率の増加につれて徐々に荷重が増えており、基本的な傾向は三方向で同じである。ただし、圧縮比が0.6〜0.9位の範囲では、ｈ方向の荷重が高く、ｗ１方向の荷重が中間で、ｗ２方向の圧縮が最も低い荷重となるが、これはスリットｓの長さ方向に沿うので変形しやすいからと考えられる。
したがって、圧縮比が0.6〜0.9の範囲では、多少の方向依存性を示すことが分る。
【００４０】
しかし、重要なことは、三方向ｈ、ｗ１、ｗ２のいずれの圧縮も圧縮比が０〜0.8位までは、荷重にほぼ正比例して漸増していることである。この間は、中空金属球が徐々につぶれていくが、まだ内部に空間が残っていることを示している。そして、圧縮比が0.8を越え１に至る間は急激に荷重が高くなるが、これは隙間がほとんどない状態にまで潰れることによる。換言すれば、鈴形中空金属球内に空間あるいは隙間がある間は、荷重の大きさに比例して徐々に球体が潰れていき、潰れ方に多少の方向依存性があったとしても、最終的にはスリット５の方向に拘わらず衝撃荷重を時間をかけて吸収できることを意味している。よって、本発明の鈴形中空金属球は、良好な衝撃吸収能力を有しているのであり、とくに密閉空間にランダムに鈴形中空金属球を充填して用いる場合は、スリットの方向依存性が発現することなく、高い衝撃吸収能力を発揮することができるのである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の製造方法によって形成された鈴形中空金属球は、中空な部材、例えば、円管やハット材、角管等、自動車のフレームやバンパー、建築物の梁、柱等に使用する衝撃吸収用構造材に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（Ａ）図は本発明に係る鈴形中空金属球１の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面である。
【図２】（Ａ）図は本発明に係る鈴形中空金属球２の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面である。
【図３】（Ａ）図は本発明に係る鈴形中空金属球３の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面である。
【図４】本発明の鈴形中空金属球の使用状態説明図である。
【図５】本発明における鈴形中空金属球の製法に用いるブランクの平面図である。
【図６】本発明におけるプレス加工法の第１例の説明図である。
【図７】本発明におけるプレス加工法の第２例の説明図である。
【図８】本発明におけるプレス加工法の第３例の説明図である。
【図９】本発明におけるバルジ加工法の説明図である。
【図１０】実施例１、２、３の中空金属球の写真である。
【図１１】実施例１、２、３の圧縮試験の結果を示すグラフである。
【図１２】（Ａ）図は実施例２の鈴形中空金属球の加圧試験の加圧方向を示す説明図、（Ｂ）図は圧縮試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１      中空金属球構造体
５      衝撃吸収用構造材
１０      深絞り装置
２０      口閉め装置
３０      仕上げ装置
４０      深絞り装置
５０      口閉め装置
６０      仕上げ装置
７０      口閉仕上装置
ｂ      ブランク
ｂ１     チューリップ状成形体
ｂ２     壺形成形体
【図１】
2010000530.tif 000003
【図２】
2010000530.tif 000004
【図３】
2010000530.tif 000005
【図４】
2010000530.tif 000006
【図５】
2010000530.tif 000007
【図６】
2010000530.tif 000008
【図７】
2010000530.tif 000009
【図８】
2010000530.tif 000010
【図９】
2010000530.tif 000011
【図１１】
2010000530.tif 000012
【図１２】
2010000530.tif 000013
【図１０】
2010000530.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月4日(2009.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄板を湾曲させて球状の隔壁に形成して得た球体であって、
前記隔壁には開孔部が形成されており、
該開孔部が、球体の中心対称の位置にあいた２ヵ所の小孔からなる
ことを特徴とする衝撃吸収用の鈴形中空金属球。
【請求項２】
中空構造体に請求項１の鈴形中空金属球を充填した
ことを特徴とする衝撃吸収用構造材。
【請求項３】
請求項１記載の鈴形中空金属球の製造方法であって、
金属薄板を楕円形に切り抜いて、長軸寸法と短軸寸法が異なるようにしたブランクを用い、
前記ブランクを深絞りして、短軸方向の両縁部を曲げると共に長軸方向の両端部を立ち上らせる深絞り工程と、
前記深絞り工程で得られたブランクの長軸方向の両端部を互いに接近させる口閉め工程と、
前記口閉め工程で得られたブランクの全周の縁部を互いに接近させつつ球形に仕上げる仕上げ工程とを順に実行する
ことを特徴とする衝撃吸収用の鈴形中空金属球の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の鈴形中空金属球の製造方法であって、
金属薄板製の筒状体を用い、
円筒形の保持部と半球形キャビティを形成した金型内に前記筒状体を挿入し、該筒状体の内部に圧力をかけて前記キャビティ内で前記筒状体を半径方向外側に膨張させ、球状部と筒状部からなる中空筒体を得るバルジ加工工程と、
前記バルジ加工工程で得られた中空筒体から前記筒状部を切断して除去する切断工程とを順に実行する
ことを特徴とする衝撃吸収用の鈴形中空金属球の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃吸収用の鈴形中空金属球、その製造方法および衝撃吸収用構造材に関する。
地球温暖化対策として、自動車の更なる燃費向上を目的に自動車の軽量化が図られている。その一方で、自動車安全基準を満たすために、高剛性化も求められているが、高剛性化には重量増加が伴うのが普通である。この相反する要求を満たすため、軽量かつ高エネルギー吸収特性をもつ超軽量の中空金属球を、ピラーやクラッシュボックスの中に充填してエネルギー吸収材として使用することが検討されている。本発明は、このような用途に適した衝撃吸収用の鈴形中空金属球、その製造方法および衝撃吸収用構造材に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、中空金属球の高い衝撃エネルギー吸収能力を活かして、多数の中空金属球を連続的に結合した衝撃吸収用構造材を既に提供している（ＷＯ２００５−０８４８５４）。この衝撃吸収用構造材は、自動車の剛性を維持しながら軽量化を果すのに非常に有効であるが、この衝撃吸収用構造材を得るには、中空金属球自体を得なければならない。
【０００３】
上記した中空金属球の製造法としては、特許文献１および特許文献２の従来技術がある。
特許文献１の従来技術は、ニッケル、鉄、アルミニウムもしくは銅のごとき金属またはそれらの合金から成り、外部と遮断された中空部を有し、継目ないし開孔部を有しない球状またはそれに類似の形状の薄肉中空体であって、溶融状態にある金属または合金を粒状化する工程と、上記粒状化された金属または合金を、それらの溶融点より低い温度で気化し得る液体、化学反応により気体を発生し得る液体ないし固体に対して接触させる工程とからなり、上記接触の際に発生した気体を上記粒状化した金属または合金の溶融体内部にまきこみ外部と遮断された中空部を有する極く肉薄の中空金属球を形成させる方法である。
【０００４】
特許文献２の従来技術は、金属溶湯流を流体中もしくは一部が液体中に置かれた回転体に衝突させ、分散させて、液体中にて金属溶融体を形成させることにより、金属溶融体と液体とを接触させ、その際に発生した気体を金属溶融体中にまきこませて中空部を形成させる方法である。
【０００５】
しかるに、上記特許文献１，２の従来例では、材料費が高価で工程数が多いため製造コストが高く、また、成形時における中空金属球の寸法精度が低い等の問題がある。
【０００６】
ところで、上記従来技術はいずれも継目や開孔部の全くない、表面が完全に密閉された中空金属球を得ようとするものであった。
ところが、本発明者の研究によれば、中空金属球は必ずしも完全密閉される必要のないことが見出された。たとえば、中空金属球に小さな開孔部があったとしても、このような開孔部付き中空金属球（以下、本明細書では、このような形状の中空金属球を鈴形中空金属球という）を多数用いた場合は、完全密閉型の中空金属球を用いた場合と同等、あるいはそれ以上の衝撃吸収能力を有することが分ったのである。その理由は、開孔部があると中空金属球に圧縮抵抗力の方向依存性が発現するものの、多数の中空金属球を密閉空間へ充填した場合は、開孔部の向きや位置はランダムになって、全体としては圧縮抵抗力に方向依存性は無くなると共に、開孔部があるため緻密化までの変形が大きいからである。
【０００７】
【特許文献１】特公昭５２−１５０５７号
【特許文献２】特公昭５３−２４２０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、衝撃吸収能力が高く、また衝撃吸収用構造材を軽量に構成することができる鈴形中空金属球を提供することを目的とする。また、本発明は衝撃吸収能力が高く軽量な衝撃吸収用構造材を提供することを目的とする。さらに、本発明は鈴形中空金属球を容易に、また安価に製造できる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明の衝撃吸収用の鈴形中空金属球は、金属薄板を湾曲させて球状の隔壁に形成して得た球体であって、前記隔壁には開孔部が形成されており、該開孔部が、球体の中心対称の位置にあいた２ヵ所の小孔からなることを特徴とする。
第２発明の衝撃吸収用構造材は、中空構造体に請求項１の鈴形中空金属球を充填したことを特徴とする。
第３発明の衝撃吸収用の鈴形中空金属球の製造方法は、請求項１記載の鈴形中空金属球の製造方法であって、金属薄板を楕円形に切り抜いて、長軸寸法と短軸寸法が異なるようにしたブランクを用い、前記ブランクを深絞りして、短軸方向の両縁部を曲げると共に長軸方向の両端部を立ち上らせる深絞り工程と、前記深絞り工程で得られたブランクの長軸方向の両端部を互いに接近させる口閉め工程と、前記口閉め工程で得られたブランクの全周の縁部を互いに接近させつつ球形に仕上げる仕上げ工程とを順に実行することを特徴とする。
第４発明の衝撃吸収用の鈴形中空金属球の製造方法は、請求項１記載の鈴形中空金属球の製造方法であって、金属薄板製の筒状体を用い、円筒形の保持部と半球形キャビティを形成した金型内に前記筒状体を挿入し、該筒状体の内部に圧力をかけて前記キャビティ内で前記筒状体を半径方向外側に膨張させ、球状部と筒状部からなる中空筒体を得るバルジ加工工程と、前記バルジ加工工程で得られた中空筒体から前記筒状部を切断して除去する切断工程とを順に実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明の鈴形中空金属球は、つぎの効果を奏する。
ａ）開孔部はあるものの基本的形状は球体であって中空であることから軽量になっている。また、形状が球体であることから耐圧縮性が高く、かつ加圧によって徐々に潰れていくので衝撃吸収能力が非常に高い。
ｂ）鈴形中空金属球は２ヵ所の孔からなる開孔部を有するので、加圧による潰れやすさの方向依存性があるが、密閉空間に多数の鈴形中空金属球を充填した場合は開孔部の方向がランダムになるので、全体としては潰れやすさの方向依存性は発現せず、どの方向に対しても同等の衝撃吸収能力を発揮できる。
第２発明によれば、衝撃吸収用構造材の内部には、多数の鈴形中空金属球が充満されているから、外部からの衝撃荷重が加わったとき、内部の鈴形中空金属球が少しづつ順々につぶれていくので衝撃吸収用構造材も時間をかけて変形していき、一気につぶれない。このように良好なエネルギー吸収特性を発揮するので、衝撃吸収用構造材の肉厚を薄くすることができ、軽量であり衝撃吸収能力の高い衝撃吸収用構造材を提供できる。
第３発明によれば、楕円形のブランクを用いることで、これを湾曲させていくと、全周の端縁が互いに接近してきて、ほぼ真球状の球体を形成できる。そして、深絞り工程では楕円形ブランクの長軸方向の両端部を立ち上げたチューリップ状成形体になるので、次工程の口閉めを経ることにより球体への成形が可能となる。口閉め工程では、深絞り工程で得られたチューリップ状成形体を上端部をすぼめることによって壺形成形体に成形でき、球体への成形を容易にする。成形工程では、壺形成形体は加圧しても内向きのつぶれが発生しにくいので球形に仕上げることが可能である。よって、ブランクの長軸方向の両端部が最接近した部分に小さな開孔部が発生しても球状に成形することができる。そして、この製法はプレスのみを用い、他の加工機械を用いなくてよいので、容易に、かつ安価に製造できる。
第４発明によれば、金属製の筒状部材の一部をバルジ加工工程で膨張させると球状部分を形成でき、その後筒状の部分を切断すると、２ヵ所の小孔を形成できるので、鈴形の中空金属球を製造することができる。そして、この製法は、バルジ加工と切断加工の２工程を要するのみであるから、製造が容易であり、かつ安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明の鈴形中空金属球の実施形態を説明する。図１の（Ａ）図は参考例１の鈴形中空金属球１の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面。図２の（Ａ）図は参考例２の鈴形中空金属球２の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面。図３の（Ａ）図は本発明の一実施形態に係る鈴形中空金属球３の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面である。
【００１２】
図１の（Ａ）、（Ｂ）に示す参考例１の鈴形中空金属球１は、球状の隔壁１ａに開孔部１ｂが形成されたものである。この開孔部１ｂは、２ヶ所の小孔ｈを細いスリットｓでつないだ形状のものである。小孔ｈはほぼ円形である。後述するごとく、初期のブランク形状を適正にすることにより、小孔ｈを円形に近づけることは可能である。
図２の（Ａ）、（Ｂ）に示す参考例２の鈴形中空金属球２は、球状の隔壁２ａ に開孔部２ｂが形成されたものである。この開孔部２ｂは、２ヵ所の小孔ｈを細いスリットｓでつないだ形状であるが、小孔ｈは円形ではなく細い菱形孔である。
図３の（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の一実施形態に係る鈴形中空金属球３は、球状の隔壁３ａに開孔部３ｂが形成されたものである。この開孔部３ｂは２ヵ所の小孔ｈからなり、２ヵ所の小孔は中心対称の位置にあいた円形のものである。
本発明にいう開孔部は上記例示以外の形状も含まれ、たとえば、水滴形の開孔なども例示できる。
【００１３】
つぎに、本発明の鈴形中空金属球の利用方法を説明する。
図４は、鈴形中空金属球を、中空な衝撃吸収用構造材５の内部に充填したものである。本図では、鈴形中空金属球１を例示したが、鈴形中空金属球３用いると本発明の衝撃吸収用構造材となる。各鈴形中空金属球１の開孔部１ｂはランダムな方向に向いている。これら鈴形中空金属球１は、互いに接着材料や拡散接合により接合されていてもよく、接合しないでバラバラで用いてもよい。
【００１４】
衝撃吸収用構造材５は、例えば、円管や、断面が帽子のような形状をしたハット材、角管等、自動車のフレームやバンパー、建築物の梁、柱等に使用される中空な構造用材料であるが、内部に中空な空間を有するものであればよく、特に限定はない。
【００１５】
上記のように、衝撃吸収用構造材５の内部は、多数の鈴形中空金属球１が充満されているから、外部からの衝撃荷重が加わったとき、内部の鈴形中空金属球１が衝撃吸収負荷を受けるので、衝撃吸収用構造材５の変形はある荷重が加わるまで発生し難い。そして、衝撃荷重が大きくなると、内部の鈴形中空金属球１が少しづつ順々につぶれていくので衝撃吸収用構造材５も時間をかけて変形していき、一気につぶれることはない。このように衝撃吸収用構造材５は良好なエネルギー吸収特性を発揮するので、衝撃吸収能力を高くすることができる。したがって、衝撃吸収用構造材５の肉厚を薄くすることができ、自動車等の軽量化と衝撃吸収能力を共に向上させることができる。この効果は、鈴形中空金属球３を充填した場合も同様である。
【００１６】
つぎに、本発明の鈴形中空金属球の製造方法を説明する。
【００１７】
本発明で用いるプレス加工法は、つぎの３例あるが、この製造法で用いるブランクｂを図５に基づき説明する。
加工前のブランクｂは、概ね楕円形の金属板である。この楕円形のブランク形状は、球の展開図から有効と考えられたものである。
ブランクｂとしての金属の材質は、加工に耐える延性や衝撃加圧時の変形特性から選択すればよく、たとえば、鋼板、ステンレス板、アルミニウム板などが好ましく用いられる。ブランクｂの厚さも上記と同様の観点から選択され、材料や与えるべき変形特性によって変るが、たとえば0.05〜0.3ｍｍのものが好ましい。
【００１８】
ブランクｂの楕円形状は、基本的には長軸寸法ｈと短軸寸法ｗで決まるが、これも加工方法や用いるダイやパンチとの相性によりしわ等の発生しない寸法に選択すればよい。さらに、湾曲部の曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３も加工方法や加工設備との相性により、しわ等が発生しないように選択すればよい。また、開孔部の小孔ｈの形状は、曲率半径Ｒ２を選択することによりコントロールできる。たとえば、曲率半径Ｒ２を大きくして形状を直線に近づければ、小孔ｈは円形に近づく。反対に曲率半径Ｒ２を小さくして膨らませると、小孔ｈは小さな異形孔となる。
【００１９】
つぎに、プレス加工法を説明する。
本発明の製法は、基本的には深絞り工程と口閉め工程と仕上げ工程とからなる。以下に三つの製法を説明するが、上記工程を含む限り以下の三つの製法に限定されるものではない。
【００２０】
第１の製法
図６は本発明の第１の製法を示し、直径５ｍｍの鈴形中空金属球をつくる製造工程を示している。工程は３段階に分けられ、深絞り工程Ｉ、口閉め工程II、仕上げ工程IIIとからなる。
【００２１】
前記深絞り工程Ｉは、ダイ１１とパンチ１２としわ押え１３からなる深絞り装置１０を用いている。ダイ１１は内径５ｍｍの孔１５を有し、孔１５の上端部はアール１５ｒが付けられている。パンチ１２は直径4.8ｍｍで先端は半球状になっている。しわ押え１３は内径６ｍｍの孔１６があいたフランジ状部材である。ダイ１１は固定され、パンチ１２としわ押え１３は油圧等で駆動される。ダイ１１の孔の上にブランクｂ中央部をのせ、しわ押え１３でブランクｂをダイ１１上に固定する。ついでパンチ１２で、ブランクｂがしわ押え１３から抜けるまで加圧する。
【００２２】
前記口閉め工程IIは、ダイ２１とパンチ２４からなる口閉め装置２０を用いる。ダイ２１は上面に略半球状の凹所２２が形成されている。パンチ２４はピン２５とピンの外側に突出した口閉めガイド２６を備えている。口閉めガイド２６は傘状の部材である。
前記深絞り工程Ｉでは、平板のブランクｂが短軸方向の両縁部を曲げると共に、長軸方向の両端部を立ち上げたチューリップ状のチューリップ状成形体ｂ１に形成されている。このチューリップ状成形体ｂ１を口閉め装置２０のダイ２１上に置き、パンチ２４のピン２５を成形体ｂ１の両端部の間に挿入し、さらに加圧していく。この加圧によって、口閉めガイド２６が成形体ｂ１の両端部を互いに接近させ、さらなる加工により、成形体ｂの全縁が互いに接近して壺形状の壺形成形体ｂ２に形成する。この口閉め工程で材料の座屈を避けるために、口閉め工程IIを２段階に分けて行うなどの工夫も、場合によって必要とされる。
【００２３】
仕上げ工程IIIは、下ダイ３１と上ダイ３４からなる仕上げ装置３０を用いる。下ダイ３１は上面に半球状の凹所３２を形成している。上ダイ３４は下面に半球状の凹所３５を形成している。凹所３２と凹所３５は上下ダイ３１，３４が密着した状態で真球状となるように形成されている。
前記口閉め工程IIで形成された壺形成形体ｂ２は下ダイ３１の上に置かれ、上ダイ３４を加圧していくと、壺形成形体ｂ２は球形に成形される。このとき、壺形成形体ｂ２の形状により、上下金型間への噛み込みやしわなどが発生しやすくなるが、初期のブランク形状を適正にすることにより、これらの欠点を防止することができる。
【００２４】
この仕上げ工程IIIで材料の肉量を精密に管理しておくことにより、寸法や形状が高精度に仕上がった真球に近い鈴形中空金属球が得られる。ただし、壺形成形体ｂ２の両端部は完全には接合しないので、開孔部１ｂが残ることになる。この開孔部１ｂの形状は、図１あるいは図２に示すように、細長いスリットｓの両端に円形あるいは小さな孔ｈが付いたものである。
【００２５】
第２の製法
図７は本発明の第２の製法を示し、直径５ｍｍ鈴形中空金属球をつくる製造工程を示している。工程は３段階に分けられ、深絞り工程Ｉ、口閉め工程II、仕上げ工程IIIとからなる。
【００２６】
深絞り工程Ｉは、ダイ４２とパンチ４３としわ押え４４からなる深絞り装置４０を用いている。
ダイ４２は内径５ｍｍの孔４５を有し、孔４５の上端部はアール４５ｒが付けられている。パンチ４３は直径4.8ｍｍで先端は半球状になっている。しわ押え４４は内径5.2ｍｍの孔４６があいたフランジ状部材である。ダイ４２は固定され、パンチ４３としわ押え４４は油圧等で駆動される。
ダイ４２の孔４５の上にブランクｂ中央部をのせ、しわ押え４４でブランクｂをダイ４２上に固定する。ついでパンチ４３で、ブランクｂがしわ押え４４から抜けるまで加圧する。
【００２７】
口閉め工程IIは、ダイ５１とパンチ５４からなる口閉め装置５０を用いる。ダイ５１は上面に略半球状の凹所５２が形成されている。パンチ５４はピン５５とピンの外側に突出した口閉めガイド５６を備えている。口閉めガイド５６は傘状の部材である。
前記深絞り工程Ｉでは、平板のブランクｂが短軸方向の両縁部を曲げると共に、長軸方向の両端部を立ち上げたチューリップ状のチューリップ状成形体ｂ１に形成されている。このチューリップ状成形体ｂ１を口閉め装置のダイ５１上に置き、パンチ５４のピンを成形体ｂ１の両端部の間に挿入し、さらに加圧していく。この加圧によって、口閉めガイド５６が成形体ｂ１の両端部を互いに接近させる。この加工により、成形体ｂ1の全縁が互いに接近して壺形状の壺形成形体ｂ２に形成する。
この口閉め工程では材料の座屈を避けるために、口閉め工程IIを２段階に分けて行うなどの工夫も必要とされる。
【００２８】
仕上げ工程IIIは、下ダイ６１と上ダイ６４からなる仕上げ装置６０を用いる。下ダイ６１は上面に半球状の凹所６２を形成している。上ダイ６４は下面に半球状の凹所６５を形成している。凹所６２と凹所６５は上下ダイ６１，６４が密着した状態で真球状となるように形成されている。
前記口閉め工程IIで形成された壺形成形体ｂ２は下ダイ６１の上に置かれ、上ダイ６４を加圧していくと、壺形成形体ｂ２は球形に成形される。壺形成形体ｂ２から球形への成形は座屈は生じないので、工程は一度でよい。
この第２の製法によっても、寸法や形状が高精度に仕上がった真球に近い球体であって、隔壁に開孔部が残る鈴形中空金属球が得られる。
【００２９】
第３の製法
図８は本発明の第３の製法を示している。工程は３段階に分けられ、深絞り工程Ｉ、口閉め工程II、仕上げ工程IIIとなるが、深絞り工程Ｉは、前記第１の製法または第２の製法を用いてよい。そして、本製法では口閉め工程と仕上げ工程は、口閉め仕上装置７０により同時に行われる。
【００３０】
口閉め仕上装置７０は次のように構成されている。
下ダイ７１は上面に半球状の凹所７２を形成している。上ダイ７４は下面に半球状の凹所７５を形成している。ブランクホルダ７６はチューリップ状成形体ｂ１を保持する孔７７を有しており、スプリング７８で支えられている。前記孔７７は垂直な壁面を有することによって、加圧時における成形体ｂ1の噛み込みや座屈を防止することができる。
【００３１】
前記上ダイ７４を下向きに押し下げていくと、ブランクホルダ７６を押し下げていき、チューリップ状成形体ｂ１は上ダイ７４と下ダイ７１とで挟まれる。そして、凹所７２と凹所７５は上下ダイ７１，７４が密着した状態で真球状となるように形成されている。このため、チューリップ状成形体ｂ１は球形に成形される。チューリップ状成形体ｂ１から球形への成形は座屈を生じないように、工程を２回に分けて行う等の工夫が必要なこともある。
この第３の製法によっても、寸法や形状が高精度に仕上がった真球に近い球体であって、隔壁に開孔部が残る鈴形中空金属球が得られる。
【００３２】
つぎに、バルジ加工法を図９に基づき説明する。
同図（Ａ）において、８０はバルジ加工法の金型であって、二つ割りの上型８１と下型８２とからなる。各型８１、８２には半球形のキャビティ８３と円筒状の保持部８４が形成されている。この金型内へ金属製の筒状部材Ｐを挿入する。そして、ゴム材８５を筒状部材Ｐ内に入れ、その両端からパンチ８６、８７で軸方向に加圧する。こうすると、キャビティ８３に面した部分が半径方向外側に膨張し、球形部分ができあがる。
つぎに、同図（Ｃ）に示すように、金型から取り出した中空部材は球状部３’と筒状部４’が交互につながっているので筒状部４を切断すると、孔ｈが二つ中心対称にあいた球体が作られる。
【００３３】
また、同図（Ｂ）に示すように、同じ金型８０を用い、金属製の筒状部材ｐの内部に高圧の液体Ｌｇや気体を流入させて加圧し、キャビティに面した部分を球状に膨張させてもよい。この方法で得られた中空部材を同図（Ｃ）に示すように切断しても、二つの小孔ｈが中心対称にあいた鈴形中空金属球３が得られる。
【００３４】
つぎに、本発明の鈴形中空金属球につき、圧縮試験によって機械特性を調査した。
図１０および図１１に示す実験では、参考例１〜３と比較例１を用意した。
(参考例１)   
参考例１は、図１の鈴形中空金属球１であって、成形体密度が0.657ｇ／ｃｍ３である。用いたブランクｂは厚さ0.1ｍｍ、長軸ｈが13.5ｍｍ、短軸ｗが7.5ｍｍの鋼製薄板であり、後記する参考例２の楕円ブランクを基本に、曲率半径Ｒ２を大きくして形状を直線に近づけ、同時に長軸を伸ばした形状とした。図１０の中央に写真を示す。
(参考例２)   
参考例２は、図２の鈴形中空金属球２であって、成形体密度が0.716ｇ／ｃｍ３である。用いたブランクｂは厚さ0.1ｍｍ、長軸ｈが12.5ｍｍ、短軸ｗが7.5ｍｍの鋼製薄板であり、楕円形状である。図１０の左側に写真を示す。
(参考例３)   
参考例３は、図１０の右側に示す中空金属球であって、成形体密度が0.71ｇ／ｃｍ３である。用いたブランクｂは厚さ0.1ｍｍ、長軸ｈが１３ｍｍ、短軸ｗが7.5ｍｍの鋼製薄板であり、開孔部の小さな球を実現するため曲率半径Ｒ２の小さな形状とした。
（比較例１）
比較例１の球は、金属粉末から焼結法により作成された球であって、開孔部が形成されておらず、球形に密閉された中空金属球である。中空球の比重は0.51ｇ／ｃｍ３である。
【００３５】
実験（１）
参考例１〜３および比較例１の夫々の中空金属球を円筒状の缶に多数充填し、同一条件で圧縮強度の測定をした。結果を図１１に示す。
【００３６】
図１１に示すように、参考例１〜３および比較例１は、いずれも、初期に荷重増加を示した後、ほぼ一定の応力で圧縮変形が進んでいることから、圧縮エネルギーの吸収特性が良いことが判る。また、この一定応力での圧縮率の範囲は比較例１に比べ、参考例１〜３の方が長く、さらに良い特性を示している。とくに、円形の小孔ｈをもつ参考例１は一定応力部分が一番長く、応力の急激な立ちよりが遅くなっており、良好なエネルギー吸収特性を示していることが分る。
【００３７】
この実験（１）では密閉した缶に多数の中空金属球を充填したが、このような構造物としての多数の中空金属球を圧縮した場合は、開孔部のない比較例１は参考例１〜３よりも低い圧縮率で荷重が高くなっていることが分る。換言すれば、開孔部のある参考例１〜３は荷重が漸増しながらつぶれていく余地が大きい。このことは、球体の内部がつぶれていく間の荷重‐圧縮比は同じであっても、開孔部がつぶれていく余地が存する参考例１〜３の方が完全につぶれていくまでの間が長いので衝撃吸収能力が高いことを意味している。以上のことから本発明の鈴形中空金属球は、開孔部の無い中空金属球よりも衝撃吸収能力が高いと云えるのである。
【００３８】
実験（２）
つぎに方向依存性の有無を確認する実験を行った。
参考例２の鈴形中空金属球２に対して図１２の（Ａ）に示すように３方向で圧縮試験を行った。ｈ方向はスリットｓを上下から圧縮する方向。ｗ１方向はスリットｓへ長手方向に直交する方向で横から圧縮する方向、ｗ２はスリットｓの長手方向に沿って圧縮する方向である。
【００３９】
上記圧縮試験の結果を図１２（Ｂ）の荷重―圧縮比曲線に示す。
ｈ方向、ｗ１方向およびｗ２方向のいずれも、圧縮率の増加につれて徐々に荷重が増えており、基本的な傾向は三方向で同じである。ただし、圧縮比が0.6〜0.9位の範囲では、ｈ方向の荷重が高く、ｗ１方向の荷重が中間で、ｗ２方向の圧縮が最も低い荷重となるが、これはスリットｓの長さ方向に沿うので変形しやすいからと考えられる。
したがって、圧縮比が0.6〜0.9の範囲では、多少の方向依存性を示すことが分る。
【００４０】
しかし、重要なことは、三方向ｈ、ｗ１、ｗ２のいずれの圧縮も圧縮比が０〜0.8位までは、荷重にほぼ正比例して漸増していることである。この間は、中空金属球が徐々につぶれていくが、まだ内部に空間が残っていることを示している。そして、圧縮比が0.8を越え１に至る間は急激に荷重が高くなるが、これは隙間がほとんどない状態にまで潰れることによる。換言すれば、鈴形中空金属球内に空間あるいは隙間がある間は、荷重の大きさに比例して徐々に球体が潰れていき、潰れ方に多少の方向依存性があったとしても、最終的にはスリット５の方向に拘わらず衝撃荷重を時間をかけて吸収できることを意味している。よって、本発明の鈴形中空金属球は、良好な衝撃吸収能力を有しているのであり、とくに密閉空間にランダムに鈴形中空金属球を充填して用いる場合は、スリットの方向依存性が発現することなく、高い衝撃吸収能力を発揮することができるのである。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の製造方法によって形成された鈴形中空金属球は、中空な部材、例えば、円管やハット材、角管等、自動車のフレームやバンパー、建築物の梁、柱等に使用する衝撃吸収用構造材に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（Ａ）図は参考例１に係る鈴形中空金属球１の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面である。
【図２】（Ａ）図は参考例２に係る鈴形中空金属球２の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面である。
【図３】（Ａ）図は本発明の一実施形態に係る鈴形中空金属球３の外観図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＢ−Ｂ断面である。
【図４】本発明の鈴形中空金属球の使用状態説明図である。
【図５】本発明における鈴形中空金属球の製法に用いるブランクの平面図である。
【図６】本発明におけるプレス加工法の第１例の説明図である。
【図７】本発明におけるプレス加工法の第２例の説明図である。
【図８】本発明におけるプレス加工法の第３例の説明図である。
【図９】本発明におけるバルジ加工法の説明図である。
【図１０】参考例１、２、３の中空金属球の写真である。
【図１１】参考例１、２、３の圧縮試験の結果を示すグラフである。
【図１２】（Ａ）図は参考例２の鈴形中空金属球の加圧試験の加圧方向を示す説明図、（Ｂ）図は圧縮試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１      中空金属球構造体
５      衝撃吸収用構造材
１０      深絞り装置
２０      口閉め装置
３０      仕上げ装置
４０      深絞り装置
５０      口閉め装置
６０      仕上げ装置
７０      口閉仕上装置
ｂ      ブランク
ｂ１     チューリップ状成形体
ｂ２     壺形成形体
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010000530.tif 000015
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2010000530.tif 000016
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2010000530.tif 000017
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2010000530.tif 000018
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2010000530.tif 000019
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2010000530.tif 000020